CN217848003U

CN217848003U - 一种提高电解液分布均匀性的液流电池流道框

Info

Publication number: CN217848003U
Application number: CN202221985331.1U
Authority: CN
Inventors: 韩瑞; 项瞻波; 姚忠; 项瞻峰; 王晶; 李成钢
Original assignee: Suqian Shidai Energy Storage Technology Co ltd
Current assignee: Suqian Shidai Energy Storage Technology Co ltd
Priority date: 2022-07-29
Filing date: 2022-07-29
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2032-07-29

Abstract

本实用新型涉及一种提高电解液分布均匀性的液流电池流道框，所述流道框进液口和出液口中心对称，流道框的进液口和出液口处于对角位置，流道框一侧表面设有延伸至碳毡和极板的流道凹槽；进液口和出液口各雕刻出六个第一流道凹槽，转角为圆角，靠近进出口水平方向，非凹槽流道部分为长方形，远离电解液进液口和电解液出液口的两个对角，非凹槽流道部分为三角形，及一个斜边，以降低电解液在流道内的压降和减少电解液流动死角，凹槽流道部分大于碳毡，使电解液均匀流过碳毡及极板，降低电解液浓差极化。

Description

一种提高电解液分布均匀性的液流电池流道框

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种提高电解液分布均匀性的液流电池流道框。

背景技术

对大规模储能的需求一直在增加，特别是随着太阳能和风能与传统电网的扩大整合，预计会出现电网不稳定的问题，从风能和太阳能等可再生资源转换而来的电能的输送通常存在间歇性问题，高度依赖于可靠和经济的储能系统。氧化还原液流电池具有寿命长、安全性好、输出功率大、储能容量大且易于扩展等特点，同其他储能技术比较，与风电场硬件具备最高的匹配度，特别适合用于风场储能，满足其频繁充放电、大容量、长时间储能需求。

氧化还原液流电池中电解液流道是电堆中重要的一部分，碳毡中电解液的分布均匀性直接会影响电池内传质情况，进而影响电池性能。在传统的方形流道中，电解液直接引入电池流道一角流过碳毡、电极并从入口对角出口流出，电解液在流道内碳毡上分布不均匀,进出口附近流速较快，非进出口的两角流速较慢，容易形成流动死角，电解液在流经碳毡和极板时高度不均匀分布，集中分布在流场的中心区域，这种电解液分布不均匀容易造成局部较大的浓差极化，降低电池性能。使用更高的电解液流速可以实现电解液分布均匀性，降低浓差极化，但也会增加泵送功耗，从而降低系统效率。

发明内容

针对传统方形氧化还原液流电池流道的技术缺陷，提供一种使电解液可以均匀分布在碳毡反应区的流道，降低电解液浓差极化从而提高电池的能量效率，使用寿命。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种提高电解液分布均匀性的液流电池流道框，包括设置于流道框上对角位置的电解液进液口、电解液出液口，流道框中间位置设有电极腔，电极腔与电解液进液口间设有进液区域，电极腔与电解液出液口间设有出液区域，进液区域包括与电极腔上边缘等宽向上设置的第三分流区，第三分流区向上延伸连接第二分流区，第二分流区连接电解液进口处的第一分流区，第一分流区包括围绕电解液进液口均匀雕刻有多个第一流道凹槽，第一流道凹槽间未雕刻部分为扇形分流柱，电解液进液反方向的转角为圆角，增加电解液进入水平方向压力；第二分流区内未雕刻部分的长方形分流柱和三角形分流柱将雕刻部分分隔成多个宽度一致的第二流道凹槽，第三分流区域均匀雕刻有第三分流凹槽，未雕刻部分为五边形分流柱，第一分流区、第二分流区和第三分流区的雕刻部分相连通且深度相同；出液区域的结构与进液区域的结构中心对称。上述流道框为方形流道板，板框主体加工呈中心对称形状，流道框的电解液进液口和电解液出液口处于对角位置，正极电解液进、出口和负极电解液进、出口在方形液流电池的四个角。电解液经进液口再经过多个叉流道凹槽（包括第一流道凹槽、第二流道凹槽和第三流道凹槽）平行流入电极腔（碳毡、极板）。

进一步地，第二分流区远离电解液进口的上角区域设置一个斜边，第二分流区的未雕刻部分包括四排平行的长方形分流柱、两个三角形分流柱，三角形分流柱置于长方形分流柱接近斜边的一端，所述长方形分流柱和三角形分流柱水平方向等间距设置；以降低电解液在流道内的压降和减少电解液流动死角，使电解液均匀流过碳毡及极板。

进一步地，四排平行的长方形分流柱从远离电极腔至接近电极腔方向依次为第一排、第二排、第三排和第四排，第一排第二排长方形分流柱平行一致分布，电解液流速在此两排流速较快；第二、三、四排长方形分流柱交错分布，使电解液流进碳毡前有一定阻力使电解液分布均匀。

进一步地，第一分流区、第二分流区和第三分流区的雕刻部分的深度为2mm，第一分流区、第二分流区和第三分流区的未雕刻部分上表面与流道板表面平齐；防止组装液流电池时雕刻流道过宽导致极板凹陷损坏造成电池内部堵塞。

进一步地，电极腔长度与电解液进液口和电解液出液口之间的水平距离的长度比为2:3，电极腔宽度与电解液进液口和电解液出液口的竖直距离的长度比为2:3。上述碳毡与电解液进液口和电解液出液口之间距离的长宽比，使电解液流经碳毡和极板时，碳毡和极板所处位置于流场的中心区域，电解液较集中。

进一步地，第一分流区包括围绕电解液进液口均匀雕刻有六个第一流道凹槽，第一流道凹槽间未雕刻部分为扇形分流柱，增加电解液进入水平方向压力，降低电解液在第二分流区流道内的压降和减少电解液流动死角，同时也防止电解液进液口和电解液出液口处流道过宽导致极板凹陷损坏造成电池内部堵塞。

进一步地，五边形分流柱远离电极腔的的边与长方形分流柱平行，与长方形分流柱平行的边对应的角朝向电极腔，且五边形分流柱与第四排长方形分流柱交错分布，使电解液进入第三分流区有一定阻力使电解液分布均匀，五边形分流柱间的流道凹槽数量是长方形分流柱间凹槽的两倍，使电解液进入碳毡区域分布更加均匀。

进一步地，所述流道框边缘设置四个定位孔，增加组装电池时组装一致性，增加组装成功率。

本发明的有益效果为：

（1）本实用新型电极腔长度与流道电解液进液口和电解液出液口之间的水平距离的长度比为2:3，电极腔宽度与流道电解液进液口和电解液出液口的竖直距离的长度比为2:3，电极腔在流场的中心区域，电解液分布较均匀，降低浓差极化。

（2）电解液进液口和电解液出液口附近流速较快，为涡流区域，在进液口和出液口各雕刻出六个多流道，远离电解液进液口和电解液出液口的角做成斜边形式，降低电解液压降和减少流动死角从而降低电解液浓差极化。

（3）电解液进液口四排平行未雕刻长方形分流柱把流道分隔成数个小流道，流入碳毡前流道分隔成交指流道，交指流道左右对称分布，流道宽度相同，提高电解液的均匀性，降低电解液浓差极化。

（4）上述多个分流柱防止流道过宽导致组装电池时极板凹陷损坏造成电池内部流道堵塞。

附图说明

图1为传统方形对角液流电池流道；

图2为本实用新型设计液流电池流道；

图3为本实用新型第一分流区的放大图；

附图标识列表：

1、流道框；2、第一分流区；3、第二分流区；4、第三分流区；5、电极腔；6、定位孔；7、电解液进液口；8、电解液出液口；9、第一流道凹槽；10、转角；11、扇形分流柱；12、长方形分流柱；13、三角形分流柱；14、五边形分流柱；15、第二流道凹槽；16、第三流道凹槽；17、斜边。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

以传统方形对角流道（图1）组装方形钒氧化还原液流电池，正极电解液进出口和负极电解液进出口在液流电池的四个角，正极电解液从下方进液口流入，从对角上方出液口流出，负极电解液从下方进液口流入，从对角上方出液口流出，电流密度120mA/cm²，进行电池充放电测试。

实施例2

如图2-3所示，一种增加电解液分布均匀的液流电池流道，包括设置于流道框1上对角位置的电解液进液口7、电解液出液口8，流道框1中间位置设有电极腔5，电极腔5与电解液进液口7间设有进液区域，电极腔5与电解液出液口8间设有出液区域，进液区域包括与电极腔5上边缘等宽向上设置的第三分流区4，第三分流区4向上延伸连接第二分流区3，第二分流区3连接电解液进口处的第一分流区2，第一分流区2包括围绕电解液进液口7均匀雕刻有六个第一流道凹槽9，第一流道凹槽9间未雕刻部分为扇形分流柱11，电解液进液反方向的转角10为圆角，增加电解液进入水平方向压力，降低电解液进液口区域的极板损坏率；第二分流区3内未雕刻部分的长方形分流柱12和三角形分流柱13将雕刻部分分隔成多个宽度一致的第二流道凹槽15，第三分流区4域均匀雕刻有第三分流凹槽，未雕刻部分为五边形分流柱14，五边形分流柱14远离电极腔5的的边与长方形分流柱12平行，与长方形分流柱12平行的边对应的角朝向电极腔5，第一分流区2、第二分流区3和第三分流区4的雕刻部分相连通且深度相同；出液区域的结构与进液区域的结构中心对称。上述流道框1为方形流道框1，板框主体加工呈中心对称形状，流道框1的电解液进液口7和电解液出液口8处于对角位置，正极电解液进、出口和负极电解液进、出口在方形液流电池的四个角。电解液经进液口再经过多个叉流道凹槽（包括第一流道凹槽9、第二流道凹槽15和第三流道凹槽16）平行流入碳毡、极板。流道框1边缘设置四个定位孔6。

第二分流区3远离电解液进口的上角区域设置一个斜边17，第二分流区3的未雕刻部分包括四排平行的长方形分流柱12、两个三角形分流柱13，三角形分流柱13置于长方形分流柱12接近斜边17的一端，所述长方形分流柱12和三角形分流柱13水平方向等间距设置。四排平行的长方形分流柱12从远离电极腔5至接近电极腔5方向依次为第一排、第二排、第三排和第四排，第一排第二排长方形分流柱12平行一致分布，电解液流速在此两排流速较快；第二、三、四排长方形分流柱12交错分布，使电解液流进碳毡前有一定阻力使电解液分布均匀。

第一分流区2、第二分流区3和第三分流区4的雕刻部分的深度为2mm，第一分流区2、第二分流区3和第三分流区4的未雕刻部分上表面与流道框1表面平齐，降低流道区域的极板损坏率。电极腔5长度L1与流道电解液进液口和电解液出液口之间的水平距离L2的长度比为2:3，电极腔5宽度W1与流道进液口和出液口之间的竖直距离W2的长度比为2:3。

以上述流道组装方形钒氧化还原液流电池（图2的方向不代表方形钒氧化还原液流电池中流道板的方向），正极电解液进出口和负极电解液进出口在液流电池的四个角，正极电解液从下方进液口流入，从对角上方出液口流出，负极电解液从下方进液口流入，从对角上方出液口流出，电流密度120mA/cm²，进行进行电池充放电测试。重复一组平行实验。

三组电池测试数据如下表1所示：本实用新型设计液流电池流道相比传统方形对角流道，电压效率高2%左右，能量效率高2.7%左右，库伦效率高1%左右。

表1

需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种提高电解液分布均匀性的液流电池流道框，其特征在于，包括设置于流道框上对角位置的电解液进液口、电解液出液口，流道框中间位置设有电极腔，电极腔与电解液进液口间设有进液区域，电极腔与电解液出液口间设有出液区域，进液区域包括与电极腔上边缘等宽向上设置的第三分流区，第三分流区向上延伸连接第二分流区，第二分流区连接电解液进口处的第一分流区，第一分流区包括围绕电解液进液口均匀雕刻有多个第一流道凹槽，第一流道凹槽间未雕刻部分为扇形分流柱，电解液进液反方向的转角为圆角，第二分流区内未雕刻部分的长方形分流柱和三角形分流柱将雕刻部分分隔成多个宽度一致的第二流道凹槽，第三分流区域均匀雕刻有第三分流凹槽，未雕刻部分为五边形分流柱，第一分流区、第二分流区和第三分流区的雕刻部分相连通且深度相同；出液区域与进液区域中心对称。

2.根据权利要求1所述的一种提高电解液分布均匀性的液流电池流道框，其特征在于，第二分流区远离电解液进口的上角区域设置一个斜边，第二分流区的未雕刻部分包括四排平行的长方形分流柱、两个三角形分流柱，三角形分流柱置于长方形分流柱接近斜边的一端，所述长方形分流柱和三角形分流柱水平方向等间距设置。

3.根据权利要求2所述的一种提高电解液分布均匀性的液流电池流道框，其特征在于，四排平行的长方形分流柱从远离电极腔至接近电极腔方向依次为第一排、第二排、第三排和第四排，第一排第二排长方形分流柱平行一致分布，第二、三、四排长方形分流柱交错分布。

4.根据权利要求1所述的一种提高电解液分布均匀性的液流电池流道框，其特征在于，第一分流区、第二分流区和第三分流区的雕刻部分的深度为2mm，第一分流区、第二分流区和第三分流区的未雕刻部分上表面与流道板表面平齐。

5.根据权利要求1所述的一种提高电解液分布均匀性的液流电池流道框，其特征在于，电极腔长度与电解液进液口和电解液出液口之间的水平距离的长度比为2:3，电极腔宽度与电解液进液口和电解液出液口之间的竖直距离的长度比为2:3。

6.根据权利要求1所述的一种提高电解液分布均匀性的液流电池流道框，其特征在于，第一分流区包括围绕电解液进液口均匀雕刻有六个第一流道凹槽，第一流道凹槽间未雕刻部分为扇形分流柱。

7.根据权利要求1所述的一种提高电解液分布均匀性的液流电池流道框，其特征在于，五边形分流柱远离电极腔的边与长方形分流柱平行，与长方形分流柱平行的边对应的角朝向电极腔。